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目前水下比较成熟的通信技术是什么样的？

海洋是人类生命的起源，以其丰富的水体资源、矿产资源和生物资源支撑人类的永续发展。进入21世纪以来，迫于开采技术限制和陆地资源的日益紧缺，世界各国纷纷加速了对深海的探索和利用，国际竞争也日益激烈。随着深海探测技术如海底观测网、载人水下潜器、水下机器人的发展，深海科学研究形成的数据量急剧增加，这对于通信设备的传输能力提出了更高的要求。

水下机器人展示图片

图片来源：慧营机器人营地

由于海水屏蔽了几乎所有的无线电波，传统的微波通信不能适应水下环境。

摘自IEEE，VOL. 19, NO. 1, FIRST QUARTER 2017

谈到微波通信，可能大家有些陌生。不过要是说到雷达、卫星电视转播，就一定不会陌生了。其实，卫星通信、雷达就是借助于微波来进行远距离通信以及发现目标的。

微波技术应用实例

其实我们在生活中可能看到过微波通信的天线，有的就在移动通信基站的旁边。

微波通信天线

由于不能使用微波通信技术增加了深海通信的难度。目前深海中的常用通信手段主要分为两种：海底光纤通信以及水声通信。

其中海底光纤通信是将光缆布放到大洋深处，通过有线通信的方式实现数据的传递。

海底光缆

由于要考虑到海底的复杂环境，如腐蚀、高压、自然地震、海啸等因素。海底光缆不得不被制作成像输油管道一样的形状，来保护通信用的光纤。

鲨鱼口中的磨牙棒——海底光缆

光纤通信的通信方式速率较高，可达Gbps量级；但布放缆线成本昂贵、维护困难，并且极大的限制了观测设备的机动性。

水声通信是以声波作为载体，以无线通信的方式传递信息。这种通信方式可以实现公里量级的通信距离，机动性强；但受声波频率低、信号延迟大、海底声学背景噪声大等因素影响，这种通信方式速率低，仅10Kbps量级。如此低的传输速率，实在难以完成传输海量探测数据的任务。

水声通信示意图

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应运而生的无线光通信技术

我们日常看到的光谱，只占电磁波谱的一小部分。人类通过对不同频段电磁波的认识和利用，从无线电话到卫星通信创造了很多奇迹。

如果你能看到所有的电磁波，这可能就是你眼中的世界了：

图片来自：知乎徐德文科学频道

因此在电磁波谱中寻找水中透过率高的部分成了科学家们一度研究的目的。1963年，Duntley等人基于20多年理论和实验研究发现波长位于450-550nm的蓝绿光在海水中传输时衰减较小。这种无线通信手段与传统的声波通信相比，具有通信速率高、体积功耗小、重量轻、延迟小等突出优点；通信距离达到百米量级。虽然百米对于浩瀚的海洋来讲可谓是杯水车薪，但却给未来海洋数据传输提供了新的构想。

未来海洋通信构想

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了解一下水的吸收频谱

水分子伴随旋转跃迁和分子间振动吸收电磁波辐射的频带范围比较宽泛。水分子间的振动可以吸收波长为1mm~10cm的微波和10微米~1mm的远红外线。水分子内振动的吸收在1微米~10微米间的红外线，水分子的电子跃迁可以吸收波长小于200nm的紫外光。